磁流变液流变特性的微观观测装置制造方法及图纸

一种磁流变液在光学显微镜和超声近场作用下磁场无级可调的微观动态变化观测装置，其特征是通过一个基于超声换能器的超声近场发生装置，利用换能器的纵振激发振动板的弯振从而对容腔中磁流变液施加超声场，磁轭由电工纯铁材料制得，保证磁感线被限制在所设计的磁路中，减少了磁漏，磁流变液容腔中的磁感应强度均匀。采用直线超声电机驱动剪切块，对磁流变液施加剪切力。本实用新型专利技术具有方法结构简单，体积小，工作效果好，可大规模应用于多场耦合下的磁流变液机理研究。

Microcosmic observation device for rheological properties of magnetorheological fluids

Micro dynamic observation device for magnetic rheological liquid adjustable under optical microscope and ultrasound near field magnetic field continuously, which is characterized by an ultrasonic transducer near-field generating device based on the bending vibration using longitudinal vibration transducer vibration plate to the MRF cavity in ultrasonic field. The yoke from pure material, ensure the magnetic line is restricted in the magnetic circuit design, reduce the magnetic leakage of magnetorheological fluid containing magnetic induction cavity in uniform. The shear block was driven by a linear ultrasonic motor, and the shear force was applied to the magnetorheological fluid. The utility model has the advantages of simple structure, small volume and good working effect, and can be widely used in the study of magnetorheological fluid mechanism under multi field coupling.

【技术实现步骤摘要】
磁流变液流变特性的微观观测装置
本技术涉及超声近场对微观颗粒操控技术以及磁流变液材料技术，尤其是一种磁流变液流变特性观测方法装置，具体地说是一种磁流变液在超声近场和磁场耦合下的磁流变液中磁性颗粒和流变现象的微观观测装置。
技术介绍
超声场是一种振动频率在超声频段的机械波。在距离这种机械波辐射面很近的位置会产生较强的声辐射力，通过声辐射力的变化可来操控颗粒的位置，达到微观颗粒操控的目的。这也是多年来超声领域研究的重点之一。磁流变液是一种流变特性可控的新型智能材料，具有响应快（毫秒级）、连续可调、能耗低等优良特点，是智能材料研究中较为活跃的一支。典型的磁流变液是由微米级高磁导率、低磁滞性的软磁材料颗粒分散于非导磁性载液（油和水）中形成的悬浮液，其物理状态和流变特性能够随外加磁场的变化而变化：在零磁场作用下其表现出良好的低粘度的牛顿流体特性；而在磁场作用下，黏度可瞬间增加两个数量级以上，并呈现出高粘度、低流动性的类固体力学特征，并且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度存在稳定的关系。因此磁流变是一种用途广泛、性能优良的智能材料，一直是功能材料研究体系中重点，很多学者在理论领域已经取得了很多成就，但都是集中于磁流变液在磁场和温度场下的剪切特性以及测试磁流变液的性能参数。随着磁流变液应用的越来越广泛，在不同的领域有着不同的性能要求，由于磁流变液粘度随磁场增加的响应极快，但是在某些应用要求磁流变液粘度可精确调控并且调控更加广泛。在现有超声近场对微观颗粒研究的基础上，选择向磁流变液施加超声近场，但目前并没有超声场和磁场耦合下的磁流变效应的观测设备与装置。故考虑到该
空白以及成本、直观性和高效便捷性，设计了基于驻波超声近场和磁场无级可调的磁流变液流变微观观测装置，可大规模应用于多场耦合下的磁流变液机理研究。
技术实现思路
本技术的目的是针对目前尚无一种能同时观察超声波和磁场对磁流变液作用情况的方法及装置而不能实现有效观察和研究，制约了该项工作开展的问题，设计一种能够同时向磁流变液施加不同强度的超声近场和磁场，并且可直观观测在不同强度超声场和不同强度磁场耦合作用或者单个场分别作用下的磁流变液微观流变过程的装置。同时在整个装置中加装速度、位移以及拉力传感器可实现对该种情况下磁流变液剪切特性测量。本技术的技术方案是：一种磁流变液在光学显微镜和超声近场作用下磁场无级可调的微观动态变化观测装置，它包括显微镜13和工作台15，工作台15放置在显微镜13的镜头下方，其特征是所述的工作台15上安装有超声换能器4、励磁线圈2、磁轭1、磁流变液容腔9、直线超声电机14和剪切块11，超声换能器4连接有振动板5，振动板5布置在磁流变液容腔9的一侧，从而对磁流变液施加驻波超声近场；在磁流变液容腔9的另一侧安装有倒“L”状的剪切块11，剪切块11的立板外侧与其安装槽剪切面7光滑贴合，对磁流变液起到密封作用也减少了剪切时的摩擦阻力；在剪切块11的横板下侧安装有四个小轴承滚轮10，使得剪切块11可在工作台15上自由滑动防止卡死；为了安装槽加工方便以及电工纯铁磁轭1的限制，剪切块11的近磁流变液容腔9一侧的滚轮滚道与工作台15分离并设计反“L”状的导轨板16，导轨板16与剪切块11立板内侧留有间隙，防止摩擦卡死，导轨板16底部与工作台15通过沉头螺钉与工作台15连接；剪切块11与直线超声电机14的动子12通过连接板8连接在一起，从而使动子12带动剪切块11一起往复直线运动，使剪切块11实现剪切作用；在磁流变容腔9的底部镶嵌有由有机玻璃制得的透光板19；透光板19的下侧切割有工作台光源缝18，在工作台15与光源缝18对应的位置粘贴有LED发光板17；励磁线圈2和磁轭1镶嵌于工作台15中并对磁流变液施加磁场，在磁轭回路中留有间距，磁轭1依次将导轨板16、剪切块11立板、磁流变液容腔9和振动板5夹于间距之中，以便于磁路中磁感线3穿越过磁流变液。在振动板5与工作台15之间应留有间隙以防止对振动板5的模态产生干扰，但在振动节点位置6处、振动板5安装槽内设置有夹持凸起，也用于防止对振动板5振动模态的干扰，同时对磁流变液起到密封作用。所述的磁流变液容腔9的宽度为2mm。所述的光源缝18的宽度应宽于磁流变液容腔9的宽度，以透过足够的光线照亮磁流变液容腔9中的磁流变液。所述的而工作台15由黄铜材料加工而成，大大减少了磁漏，使得磁感线在所设计的磁路中穿越，磁流变液容腔9中的磁感应强度更加均匀；这种施加磁场方式可使磁流变液获得稳定的并且磁场强度可调的磁场；所述的导轨板16、剪切块11和振动板5均由导磁碳钢材料加工而而，使得在整个磁路中除了必要的空气间隙外尽可能的把磁通势降落在磁流变液两侧。本技术的有益效果是：本技术可以直观的观测出近场驻波超声场对磁流变液效应的影响，同时采用线圈和磁轭施加无级可调磁场，采用直线超声电机直接输出剪切力，超声电机也无磁场干扰，不会干扰磁轭中的磁感线。本技术的显微镜也是实验室设备，容易获得，故成本不高，便于实验室应用。附图说明图1为观测装置的立体结构及其工作台局部放大示意图。图2是本技术的超声振动发生部件模态图。图3是本技术的工作台的俯视结构示意图。图4本技术的工作台横截面剖面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术的结构作进一步的详细说明。如图1-4所示。一种磁流变液在光学显微镜和超声近场作用下磁场无级可调的微观动态变化观测方法，首先在磁流变液容腔一侧安装一个基于超声换能器的超声近场发生装置，利用换能器的纵振激发振动板的弯振从而对容腔中磁流变液施加超声场，振动板夹持在其振动节点位置；整个工作台由黄铜材料制成，磁轭由电工纯铁材料制得，保证磁感线被限制在所设计的磁路中；采用直线超声电机带动剪切块从而对磁流变液实施剪切运动；在磁流变液容腔的底部镶嵌有由有机玻璃制得的透光板，由LED发光板发出的光线经过工作台光源缝透过透光板照亮磁流变液，显微镜物镜位于磁流变液容腔正上方，从而可以分别观测在不同强度超声近场作用下及不同磁场强度下的磁流变液微观流变过程，亦可观测超声场及磁场耦合作用下的磁流变液微观流变过程。利用变幅杆将由夹心式换能器基于压电陶瓷d33逆压电效应所产生的轴向纵振放大，激发振动板的弯曲振动，从而对磁流变液容腔中的磁流变液施加超声近场，换能器通过节点位置处的法兰盘夹持，振动板在其振动节点位置进行夹持以减小对其振动模态的干扰；采用励磁线圈和电工纯铁材料制得的磁轭对磁流变液施加磁场，在磁轭开槽，槽中布置磁流变液容腔和剪切块，以便于磁路中磁感线尽可能多的穿越过磁流变液，整个磁场发生组件镶嵌于工作台中，而工作台是由黄铜材料加工而成，大大减少了磁漏，这种施加磁场方式可使磁流变液获得稳定的并且磁场强度无级可调的磁场；剪切块是由导磁率不低的低碳钢材料制得，磁阻较小，在整个磁路中把磁通势降落在磁流变液两侧，在剪切块底部安装有轴承滚轮，可减少摩擦力，防止剪切块运动卡死；5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用直线超声电机驱动剪切块，超声电机对整个装置无磁场干扰，可进一步保证磁场的均匀；超声电机的控制特性好可实现往复剪切，同时电机推力较大可剪切施加较大磁场强度下的磁流变液，实现了较大范围的动态观本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁流变液在光学显微镜和超声近场作用下磁场无级可调的微观动态变化观测装置，它包括显微镜（13）和工作台（15），工作台（15）放置在显微镜（13）的镜头下方，其特征是所述的工作台（15）上安装有超声换能器（4）、励磁线圈（2）、磁轭（1）、磁流变液容腔（9）、直线超声电机（14）和剪切块（11），超声换能器（4）连接有振动板（5），振动板（5）布置在磁流变液容腔（9）的一侧，从而对磁流变液施加驻波超声近场；在磁流变液容腔（9）的另一侧安装有倒“L”状的剪切块（11），剪切块（11）的立板外侧与其安装槽剪切面（7）光滑贴合，对磁流变液起到密封作用也减少了剪切时的摩擦阻力；在剪切块（11）的横板下侧安装有四个小轴承滚轮（10），使得剪切块（11）可在工作台（15）上自由滑动防止卡死；为了安装槽加工方便以及电工纯铁磁轭（1）的限制，剪切块（11）的近磁流变液容腔（9）一侧的滚轮滚道与工作台（15）分离并设计反“L”状的导轨板（16），导轨板（16）与剪切块（11）立板内侧留有间隙，防止摩擦卡死，导轨板（16）底部与工作台（15）通过沉头螺钉与工作台（15）连接；剪切块（11）与直线超声电机（14）的动子（12）通过连接板（8）连接在一起，从而使动子（12）带动剪切块（11）一起往复直线运动，使剪切块（11）实现剪切作用；在磁流变容腔（9）的底部镶嵌有由有机玻璃制得的透光板（19）；透光板（19）的下侧切割有工作台光源缝（18），在工作台（15）与光源缝（18）对应的位置粘贴有LED发光板（17）；励磁线圈（2）和磁轭（1）镶嵌于工作台（15）中并对磁流变液施加磁场，在磁轭回路中留有间距，磁轭（1）依次将导轨板（16）、剪切块（11）立板、磁流变液容腔（9）和振动板（5）夹于间距之中，以便于磁路中磁感线（3）穿越过磁流变液。...

【技术特征摘要】
1.一种磁流变液在光学显微镜和超声近场作用下磁场无级可调的微观动态变化观测装置，它包括显微镜（13）和工作台（15），工作台（15）放置在显微镜（13）的镜头下方，其特征是所述的工作台（15）上安装有超声换能器（4）、励磁线圈（2）、磁轭（1）、磁流变液容腔（9）、直线超声电机（14）和剪切块（11），超声换能器（4）连接有振动板（5），振动板（5）布置在磁流变液容腔（9）的一侧，从而对磁流变液施加驻波超声近场；在磁流变液容腔（9）的另一侧安装有倒“L”状的剪切块（11），剪切块（11）的立板外侧与其安装槽剪切面（7）光滑贴合，对磁流变液起到密封作用也减少了剪切时的摩擦阻力；在剪切块（11）的横板下侧安装有四个小轴承滚轮（10），使得剪切块（11）可在工作台（15）上自由滑动防止卡死；为了安装槽加工方便以及电工纯铁磁轭（1）的限制，剪切块（11）的近磁流变液容腔（9）一侧的滚轮滚道与工作台（15）分离并设计反“L”状的导轨板（16），导轨板（16）与剪切块（11）立板内侧留有间隙，防止摩擦卡死，导轨板（16）底部与工作台（15）通过沉头螺钉与工作台（15）连接；剪切块（11）与直线超声电机（14）的动子（12）通过连接板（8）连接在一起，从而使动子（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，王均山，强鹭升，王福飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32